Часть первая
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА И КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ СССР
Глава первая
КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ
Предыстория гидроэнергетики и использования водных ресурсов
Целенаправленное использование водных ресурсов началось еще в глубокой древности. Известны оросительные системы, созданные в Египте за 4000—3500 лет до нашей эры. Водяное колесо — основа самых простых гидравлических установок — применялось в системах орошения Древнего Египта, Китая, Индии для подачи воды из рек, а в I—II вв. до н. э.—в Древней Греции и Римской империи в качестве привода жерновов водяных мельниц. Начало распространения их в Европе относят к V в. Первые летописные сведения о водяных колесах на Руси относятся к XI в.
Со второй трети XVII в. и до первой трети XIX в. все сколько-нибудь крупные для того времени производства создавались на базе вододействующих установок при водохранилищах (заводских прудах). В XVII—XVIII вв. область применения водяных колес значительно расширилась. Появились водяные крупорушки, лесопилки, установки для выработки сукон, установки на железоплавильных заводах, приводившие в действие молоты для ковки железа. К концу XVIII в. в России уже насчитывалось около 3000 «вододействующих» заводов. От водяных, колес механическая сила передавалась валам машин и установок посредством ременных (а позднее и зубчатых) передач. Некоторые заводские гидросиловые установки того времени поражают своей сложностью и мощностью. Так, в 80-х годах XVIII в. на Алтае на р. Змеевке известным русским изобретателем К. Д. Фроловым были установлены три водяных колеса диаметром до 17 м, расположенных на канале, проходившем частично под землей.
Наряду со строительством гидросиловых установок значительное развитие получили искусственные водяные пути. При Петре I в 1708 г.. началось строительство Вышневолоцкой водной системы между Невой и Волгой по рекам Мсте и Тверце с каналом через водораздел; в 1718 г. — Мариинской от Невы через Ладожское оз., р. Свирь, Онежское оз., р. Вытегру, канал через водораздел, р. Шексну в р. Волгу (Волго-Балт). В 1811 г. была открыта для судоходства Тихвинская система от Невы по р. Тихвинке через водораздельный канал на реки Чагедовцу, Мологу в Волгу. На этих водных путях были возведены многие десятки довольно крупных для того времени гидротехнических сооружений.
В XVIII в. была изобретена паровая машина, а в XIX в. появились железные дороги, в связи с чем развитие водного транспорта и гидросиловых установок начало сдерживаться. К тому же водяные колеса обладали существенными недостатками: незначительной мощностью, громоздкостью, низким коэффициентом полезного действия. Новый подъем гидротехнического строительства и гидроэнергетики относится к последней четверти XIX столетия. С развитием капитализма в России потребовались создание новых более мощных источников энергии, реконструкция старых и строительство новых водных путей, водопроводов, развитие орошения земель в засушливых районах Кавказа и Средней Азии.
В этот же период были созданы современные гидравлические двигатели — турбины, которые отличались от водяных колес компактностью, высоким коэффициентом полезного действия, более высокой мощностью. Примерно в то же время были изобретены электрические генераторы переменного тока. Создание эффективных гидравлических двигателей и электрических генераторов обеспечило две из трех необходимых предпосылок появления высокоэффективных гидравлических установок — гидроэлектростанций. Третьей предпосылкой являлась возникшая возможность передачи электроэнергии на расстояние. В 1874— 1875 гг. русский электротехник Ф. А. Пироцкий впервые передал на расстояние до 1 км электрическую энергию. В 1882 г. французский инженер Марсель Депре на Мюнхенской выставке продемонстрировал передачу тока высокого напряжения на расстояние 57 км от гидравлической установки.
Большой вклад в развитие гидроэнергетики внес русский инженер М. О. Доливо-Добровольский. Будучи политическим эмигрантом, он в 1891 г. в связи с международной электротехнической выставкой в Германии переоборудовал гидросиловую установку на р. Неккар в гидроэлектростанцию мощностью 220 кВт с генератором трехфазного тока и впервые осуществил передачу от нее электроэнергии переменным током напряжением 8500 В на расстояние 170 км во Франкфурт-на-Майне.
В царской России эти открытия и достижения передовой инженерной мысли развития не получили, несмотря на то что русскими гидротехниками были разработаны проекты использования водных ресурсов. В 1892 г. Η. Н. Бенардос предложил проект гидроэлектростанции (мощностью до 15 тыс. кВт) на Неве у Ивановских порогов для электроснабжения Петербурга. В 1892—1894 гг. инж. В. Ф. Добротворский разработал проект сооружения гидроэлектростанции (24 тыс. кВт) на р. Нарове у Нарвских порогов с передачей электроэнергии в Петербург. Он же в 1895—1899 гг. составил проекты гидроэлектростанций на водопаде Б. Иматра (37,3 тыс. кВт) и на порогах р. Волхова. В начале XX в. были разработаны проекты крупных по тому времени гидроэлектростанций на реках Свири, Северском Донце, Тереке, Бзыби и др. Над проектами использования энергии Днепра и создания судоходного пути через знаменитые Днепровские пороги работали инженеры Н. С. Лелявский (1893 г.), В. Е. Тимонов (1894 г.), С. П. Максимов и Г. О. Графтио (1905 г.), А. М.. Рундо и Д. И. Юскевич (1910 г.), проф. Б. А. Бахметев (1913 г.), инженеры Ф. П. Моргуненков (1913 г.), И. А. Розов (1914—1915 гг.). Первый проект по расчистке Днепровских порогов относится к 1796 г. (инж. Деволянт). В XIX в. было разработано еще несколько проектов по шлюзованию Днепра.
Непреодолимыми препятствиями к широкому использованию водной энергии были общая техническая отсталость страны и противодействие владельцев угольных шахт, а также слабая изученность водных ресурсов. В результате использование водной энергии в России продолжало базироваться в основном на гидросиловых установках. В начале XX в. (1912 г.) их имелось десятки тысяч общей мощностью около 740 тыс. кВт. Лишь седьмая-восьмая часть этой мощности приходилась на гидротурбинные механические установки, остальная — на водяные колеса. За рубежом же водная энергия использовалась преимущественно при помощи турбинных установок, в основном гидроэлектрических.
Одна из самых первых в России гидроэлектрических установок была сооружена еще в 1892 г. на р. Березовке на Алтае под руководством горного инженера Кокшарова. Гидроэлектростанция мощностью около 150 кВт (в четырех турбинах) обеспечивала электроснабжение шахтного водоотлива на известном Зыряновском руднике. В 1896 г. была введена в эксплуатацию промышленная гидроэлектрическая установка на р. Охте мощностью около 260 кВт для электроснабжения Охтинского порохового завода. Она была создана под руководством В. Н. Чиколева и Р. Э. Классона. Почти одновременно была введена в эксплуатацию (1896 г.) гидроэлектростанция на р. Ныгри, на одном из приисков Ленского золотопромышленного товарищества, электроэнергия которой передавалась на расстояние свыше 20 км. Впоследствии (к 1917 г.) количество гидроэлектростанций там было доведено до шести общей мощностью около 2,5 тыс. кВт1. В 1903 г. на р. Подкумок у г. Ессентуки была построена гидроэлектростанция «Белый уголь» (сейчас ее мощность составляет 800 кВт).
Общая мощность гидроэлектростанций России составляла перед Октябрьской революцией около 16 000 кВт, причем почти все 78 ГЭС были мелкими. Самой крупной гидроэлектростанцией была Гиндукушская на р. Мургаб мощностью 1350 кВт (в царском именин в Туркестане). Наиболее крупная гидравлическая турбина, изготовленная в России (в г. Риге), имела мощность около 300 кВт. В дореволюционной России на гидроэлектростанциях вырабатывалось всего 35 млн. кВт-ч электроэнергии в год (1913 г.). Среди развитых стран Россия занимала одно из последних мест как в области гидроэнергетики, так и по электроэнергетике в целом.
Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов в ленинском плане ГОЭЛРО
Развитие гидроэнергетики в современном понимании началось в нашей стране лишь после Великой Октябрьской социалистической революции. У колыбели советской гидроэнергетики стоял Владимир Ильич Ленин. Еще задолго до победы революции В. И. Ленин в своих работах обращал внимание на различные проекты использования водных ресурсов во Франции, Германии и Северной Америке и отмечал огромное значение гидроэнергетики для рационального размещения производительных сил страны1.
1 Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 5, с. 151, 152.
Когда перед молодым Советским государством встали задачи хозяйственного строительства, В. И. Ленин выдвинул широкую программу электрификации страны, неотъемлемой частью которой была идея широкого использования огромных гидроэнергетических ресурсов. В апреле 1918 г. В. И. Ленин в «Наброске плана научно-технических работ» предлагал при составлении плана реорганизации промышленности и экономического подъема России особо учитывать водные силы страны. 3 мая 1918 г. Совет Народных Комиссаров на заседании под председательством В. И. Ленина решил вопрос об ассигновании средств на строительство Свирских гидроэлектростанций (проектом, разработанным с участием Г. О. Графтио, В. С. Верещагина и С. Я. Жука, предусматривалось сооружение трех ГЭС общей мощностью 200 тыс. л. с.). В том же 1918 г. (13 июня) В. И. Ленин подписал постановление Совета Народных Комиссаров об отпуске средств на строительство Волховской ГЭС — первенца советской гидроэнергетики.
4 мая 1918 г. Совет Народных Комиссаров принял декрет об организации оросительных работ в Туркестане и об ассигновании в этих целях 50 млн. руб. В соответствии с декретом на всей территории тогдашнего Туркестана предусматривалось выполнение вполне конкретных мероприятий: орошение Голодной степи (550 тыс. га), Учкурганской. степи (11 тыс. га) и улучшение местного водопользования, обеспечение головными сооружениями системы орошения Дальверзинской степи (44 тыс. га), регулирование стока р. Зарафшан, окончание строительства ирригационных систем в долине р. Чу. Надо было обладать ленинским даром предвидения, чтобы решиться на такой размах.
В 1920 г. В. И. Ленин выдвинул задачу разработки единого народнохозяйственного плана электрификации всей страны — исторического плана ГОЭЛРО. Одной из основных частей этого плана являлась программа строительства гидроэлектростанций. В ленинском плане ГОЭЛРО намечалось сооружение 10 крупных районных гидроэлектростанций общей мощностью 640 тыс. кВт (36% запланированного ввода мощности). Среди этих установок были Днепровская, Волховская, Свирские и другие гидроэлектростанции. В плане ГОЭЛРО вопросы использования водных сил были разработаны подробно, несмотря на это степень изученности гидроэнергоресурсов страны в то время была низкой. Будучи твердо уверенными в перспективности гидроэнергостроительства, составители плана ГОЭЛРО во Введении к докладу VIII съезду Советов Государственной комиссии по электрификации России писали «Теперь же важно твердо, с крайней настойчивостью провести в жизнь программу первой очереди, организовать изучение запасов водной энергии в стране, подготовить рабочие кадры и дать возможность широким слоям населения Республики почувствовать всю важность и все значение использования живой силы водных потоков»1.
Вопросам развития гидроэнергетики в плане специально был посвящен раздел «Электрификация и водная энергия», в котором давалась подробная (насколько позволяли имевшиеся в то время данные) характеристика гидроэнергетических ресурсов страны и перспектив их использования. В плане ГОЭЛРО указывалось: «1) В первую очередь обратить, внимание на установки, исключительно выгодные как по естественным условиям, так и по возможно полному экономическому использованию. 2) При проектировании сооружений скомбинировать использование гидротехнических сооружений для нескольких целей...»1. План ГОЭЛРО был принят VIII Всероссийским съездом Советов в декабре 1920 г.
В. И. Ленин постоянно находил время для помощи строителям первых электростанций. По его инициативе на заседаниях Совета Народных Комиссаров и Совета Труда и Обороны неоднократно рассматривались вопросы строительства Волховской ГЭС, а на каждой сессии Всероссийского Центрального Исполнительного Комитета заслушивался доклад Г. О. Графтио о ходе работ на Волховстрое. Академик Г. О. Графтио впоследствии писал: «Первый мощный и решительный толчок к обращению этой мечты в реальную действительность был дан среди тревог начала 1918 г. Владимиром Ильичем Лениным, с именем которого Волховская силовая установка останется навсегда неразрывно связанной... Вера работников волховского строительства никогда их не обманула, даже в те критические моменты, когда, казалось, никакого выхода нет, и работа должна погибнуть. Как яркий луч пронизывало мрак краткое слово Владимира Ильича, тучи рассеивались и работники волховского строительства ломали препятствия»1.
В 1922 г. В. И. Ленин поддержал инициативу руководителей Грузии о строительстве Земо-Авчальской гидроэлектростанции на р. Куре. Он стоял также у истоков сооружения Днепровской гидроэлектростанции, подписав первое решение советского правительства о начале подготовительных работ по строительству Днепрогэса.
